Postawili farmę PV na wodzie. Wynik daje do myślenia
Instalacje fotowoltaiczne umieszczone na zbiornikach wodnych mogą osiągać wyższą sprawność dzięki pasywnemu chłodzeniu przez wodę. To obiecująca alternatywa dla państw dysponujących ograniczonymi zasobami terenów pod naziemne farmy słoneczne.
Fotowoltaika kojarzy się nam głównie z dachami domów, polami pełnymi paneli i dużymi farmami stawianymi na obrzeżach miast. Ten model działa, ale potrzebuje przestrzeni. W gęsto zaludnionych państwach, na wyspach albo w regionach z silną konkurencją o grunty każdy większy projekt energetyczny zaczyna rywalizować z rolnictwem, zabudową, przemysłem, ochroną przyrody i infrastrukturą.
Ten problem szczególnie dobrze widać na Tajwanie. Właśnie dlatego tamtejsi badacze, Ching-Feng Chen i Shih-Kai Chen z National Taipei University of Technology w Tajpej, sprawdzili, czy panele ustawione na wodzie mogą być sensowną alternatywą dla klasycznych farm słonecznych. Porównali lądową instalację fotowoltaiczną z pierwszą dużą komercyjną instalacją na wodzie. Wyniki swoich obserwacji opublikowali na łamach Journal of Renewable and Sustainable Energy.
Woda chłodzi panele, a to po prostu zmienia wynik
Najciekawszy wniosek z nowego porównania nie dotyczy samego miejsca montażu, a wydajności. Badacze zestawili klasyczną lądową farmę fotowoltaiczną z dużą pływającą instalacją przybrzeżną i większy projekt na wodzie przeliczyli do tej samej jednostki – 100 MWp. Wszystko po to, żeby nie było wątpliwości, że różnica w wynikach nie bierze się z różnicy w skali, tylko z samej technologii.
MWp to megawat mocy szczytowej. Jest to maksymalna moc, jaką instalacja fotowoltaiczna może osiągnąć w standardowych warunkach testowych. Panele nie pracują cały czas z taką mocą, bo ich produkcja zależy od nasłonecznienia, temperatury, kąta padania światła, zabrudzeń, degradacji modułów i wielu innych czynników.
Temperatura stanowi w tym przypadku czynnik decydujący. Moduły fotowoltaiczne charakteryzują się spadkiem sprawności wraz ze wzrostem temperatury pracy, co prowadzi do niższej produkcji energii. Zbiornik wodny pełni więc funkcję naturalnego bufora termicznego – odbiera nadmiar ciepła z otoczenia i umożliwia utrzymanie instalacji w korzystniejszym reżimie termicznym.
W przyjętym 25-letnim cyklu życia pływająca farma miała wygenerować ok. 2047,1 GWh energii, podczas gdy porównywalna instalacja lądowa ok. 1827,8 GWh. Różnica wynosi więc ok. 12 proc.
Znacznie mniej emisji, ale nie dzięki jakiejś magii
Większa produkcja energii oznacza przede wszystkim większy efekt klimatyczny. Jeśli instalacja fotowoltaiczna wytwarza więcej prądu w całym cyklu życia, może zastąpić większą część energii pochodzącej z paliw kopalnych. W analizowanym przypadku pływająca farma została powiązana z redukcją emisji szacowaną na ok. 1,013 mln ton CO2. Dla instalacji lądowej było to ok. 0,905 mln ton CO2.
Dzięki tej wyższej wydajności energetycznej takie farmy osiągają również większą redukcję emisji dwutlenku węgla. Mówiąc najprościej, mimo że oba systemy wykorzystują podobną technologię, umieszczenie paneli słonecznych na wodzie może uczynić je bardziej efektywnymi – powiedział współautor Ching-Feng Chen.
Pamiętajmy jednak, że przewaga instalacji pływających nie wynika z odmiennej zasady działania, lecz z korzystniejszych warunków termicznych. Ogniwa fotowoltaiczne nadal konwertują promieniowanie słoneczne na energię elektryczną w oparciu o zjawisko fotowoltaiczne w materiale półprzewodnikowym. Proces ten jest identyczny niezależnie od lokalizacji modułów.
Różnica polega na tym, że środowisko wodne może ograniczyć część strat związanych z temperaturą. W przypadku instalacji przybrzeżnych dochodzą jeszcze specyficzne warunki, takie jak pływy, okresowe zalewanie, zasolenie i ruch wody. Mogą one pomagać w chłodzeniu, ale jednocześnie tworzą zupełnie nowe wyzwania dla konstrukcji.
Woda pomaga panelom, ale komplikuje samą budowę
Podstawowym ograniczeniem pozostają jednak wyższe koszty i większa złożoność techniczna instalacji pływających w porównaniu z farmami lądowymi. Konieczne jest zaprojektowanie systemu pływaków, kotwiczenia, okablowania, zabezpieczeń antykorozyjnych, infrastruktury serwisowej oraz konstrukcji odpornej na wilgoć, wiatr i falowanie. W środowisku morskim dodatkowym czynnikiem degradującym jest obecność soli, która przyspiesza zużycie komponentów i podwyższa wymagania materiałowe.
Jeśli instalacja ma działać przez 25 lat, jej konstrukcja musi wytrzymać znacznie więcej, niż spokojna farma na suchym gruncie. Serwis również jest trudniejszy, bo każda awaria oznacza pracę na wodzie, często przy ograniczonym dostępie i większym ryzyku pogodowym.
Przeczytaj także:
Dochodzi także pytanie o wpływ na środowisko. Panele ograniczają dostęp światła do powierzchni wody, mogą zmieniać lokalne warunki termiczne i oddziaływać na ekosystem akwenu. W przypadku zbiorników sztucznych lub przemysłowych takie ryzyko może być mniejsze, ale w wodach naturalnych i strefach przybrzeżnych wymaga szczegółowych analiz. Nie każda wolna tafla wody powinna automatycznie stać się miejscem pod farmę PV.
*Źródło zdjęcia wprowadzającego: pandemin, Getty Images, Canva Pro
